DE4420959B4 - Hydrodynamischer Strömungswandler - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Strömungswandler mit in einem Gehäuse aufgenommenen Pumpenrad, Turbinenrad, Leitrad und Überbrückungskupplung mit einem Ringkolben, wobei beidseits des Ringkolbens eine mit Öl befüllbare Kammer gebildet ist, der Ringkolben wenigstens eine Reibfläche trägt, die mit einer Gegenreibfläche in Reibeingriff bringbar ist, wobei radial innerhalb der Reibflächen zwischen dem Ringkolben und einem eine Gegenreibfläche tragenden Bauteil die erste der Kammern gebildet ist, weiterhin in wenigstens einem der die Reibflächen tragenden oder bildenden Bauteile Kanäle oder Öffnungen bzw. Durchlässe vorgesehen sind zur Erzeugung eines Ölflusses von der zweiten der Kammern über die Kanäle oder Öffnungen bzw. Durchlässe radial nach innen in Richtung zur Drehachse des Strömungswandlers.
- Durch die
EP 0 078 651 A2 ist ein Strömungswandler mit einer Überbrückungskupplung bekannt geworden, bei der auf der dem Reibbelag bzw. der Reibfläche abgekehrten. Seite des Ringkolbens Kanäle vorgesehen sind, die über Öffnungen einerseits mit der axial zwischen einer radialen Wandung des Gehäuses und dem Ringkolben gebildeten ersten Kammer und andererseits mit der zweiten das Turbinen- und Pumpenrad aufnehmenden Kammer verbunden sind. Über die Kanäle findet ein Ölstrom von der zweiten Kammer in die erste Kammer statt, der zur Kühlung der im Drehmomentfluß zwischen dem Ringkolben und der Turbinennabe vorgesehenen viskosen Kupplung dient. - Durch die
US 4,969,543 sind hydrodynamische Strömungswandler mit einer Überbrückungskupplung bekannt geworden, wobei der Ringkolben im radialen Bereich seiner Reibfläche oder der mit diesem zusammenwirkende Reibbelag Kanäle aufweisen, die auch bei geschlossener Überbrückungskupplung einen Ölstrom von der zweiten, zumindest das Turbinenrad aufnehmenden Kammer, in die erste, von dem Ringkolben und einer radialen Wandung des Gehäuses begrenzten Kammer, ermöglichen. Der Ölstrom dient dabei zur Reduzierung der infolge Schlupf in der Überbrückungskupplung auftretenden thermischen Belastung der Bauteile, insbesondere im Bereich des Reibbelages bzw. der Reibflächen. - Eine weitere Überbrückungskupplung für einen hydrodynamischen Strömungswandler mit in der Reibfläche bzw. im Reibbelag vorgesehenen Kanälen ist durch die JP 58-30532 A bekannt geworden.
- Weiterhin ist es bekannt, Wandlerüberbrückungskupplungen mit Schlupf zu betreiben, wobei dieser Schlupf je nach Auslegung des Antriebsstranges und/oder in Abhängigkeit der eingelegten Getriebestufe und/oder des Betriebszustandes des mit dem Strömungswandler zusammenwirkenden Antriebes entweder kurzzeitig, z.B. bei Schaltvorgängen, oder praktisch über den gesamten Betriebsbereich des Strömungswandlers (Dauerschlupf) auftreten kann. Während der Schlupfphasen fällt im Bereich des Reibbelages bzw. der Reibflächen eine Verlustleistung in Form von Wärme an, die bei bestimmten Betriebszuständen sehr hoch sein kann und mehrere Kilowatt betragen kann. Derartige Betriebszustände sind beispielsweise vorhanden bei Bergfahrt mit Anhänger, bei der über längere Zeit eine hohe Verlustleistung anfallen kann, und beim Wechsel vom unüberbrückten zum überbrückten Zustand der Wandlerkupplung, bei dem aufgrund des zeitweise hohen Schlupfes in einer kurzen Zeitspanne eine sehr hohe Verlustleistung bzw. Wärmemenge auftreten kann.
- Aus der Schrift
EP 0428248 A2 ist ein weiterer hydrodynamischer Strömungswandler bekannt, in dessen Gehäuse ein Pumpenrad, Turbinenrad, Leitrad und eine Überbrückungskupplung mit einem Ringkolben angeordnet sind, wobei beidseits des Ringkolbens eine mit Öl gefüllte Kammer gebildet wird, wobei der Ringkolben wenigstens eine Reibfläche trägt, die mit einer Gegenreibfläche in Reibeingriff bringbar ist. Wenn der Ringkolben nun gegen die Gegenreibfläche gepresst wird, so erfolgt dann mittels in dem Reibbelag angebrachter Ölkanäle dennoch ein kleiner Ölstrom zwischen Bereichen des Reibbelages und der Gegenreibfläche. Durch die Rotation des Drehmomentwandlers während seines Betriebes wird der in dem Drehmomentwandler statische Druck von einem dynamischen Druck überlagert. Dieses ist nachteilig, da sich dieser Öldruck beidseits des Ringkolbens aufbaut und dadurch der Ölstrom zum Kühlen des Reibbelages vom radial äußeren Bereich zum radial inneren Bereich gehindert werden kann. - Wie anhand des Standes der Technik erläutert wurde, sind Maßnahmen zur Erzeugung eines die thermische Belastung der Wandlerüberbrückungskupplung reduzierenden Ölflusses bekannt.
- Der durch die bekannten Maßnahmen erzeugte Ölstrom bewirkt jedoch, daß das von der Überbrückungskupplung übertragbare Moment infolge von im Ölstrom auftretenden dynamischen bzw. kinetischen Vorgängen verringert wird. Die Drehmomentübertragungskapazität der Überbrückungskupplung nimmt dabei mit zunehmender Drehzahl sowie mit zunehmenden Volumenstrom an Öl ab. Bei Strömungswandlern, die ab einer bestimmten Drehzahl vollständig überbrückt werden sollen, muß somit der Systemdruck entsprechend hoch ausgelegt werden, so daß auch die Bauteile, insbesondere der Kolben verstärkt werden müssen und eine leistungsfähigere Pumpe erforderlich ist. Weiterhin wird durch den höheren Druck der Volumenstrom an Öl wiederum vergrößert, wodurch zusätzliche Verluste entstehen. Die erwähnte Verringerung der Drehmomentübertragungskapazität der Wandlerüberbrückungskupplung ist unter anderem auf durch dynamische Vorgänge erzeugte Kräfte, welche auf das radial nach innen fließende Öl einwirken und eine Druckerhöhung in diesem bewirken, zurückzuführen. Diese Kräfte erzeugen eine Axialkomponente, die in Öffnungsrichtung der Kupplung auf den Kolben einwirken.
- Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Maßnahmen besteht darin, daß der Ölstrom sehr abhängig von der Temperatur bzw. der Viskosität des Öls sowie der Druckdifferenz zwischen den beidseits des Wandlerkolbens anstehenden Drücke ist. Bei Lösungen gemäß der
US 4,969,543 muß also der durch die Kanäle erzeugte Strömungswiderstand auf den kritischen Fall ausgelegt werden, das heißt, daß auch bei maximal möglicher Öltemperatur nur soviel Öl über die Kanäle ablaufen darf, daß der Systemdruck im Drehmomentwandler nicht auf ein unzulässig niedriges Niveau zusammenbricht. Auch ist bei den Lösungen gemäßUS 4,969,543 - Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die bisher bekannten hydrodynamischen Strömungswandler mit Überbrückungskupplung zu verbessern, insbesondere durch Erhöhung der Drehmomentübertragungskapazität und Verringerung der thermischen Belastung, insbesondere im Bereich der Reibflächen der Überbrückungskupplung. Weiterhin soll auch die thermische Belastung des Öls verringert werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, über den gesamten Betriebsbereich des Strömungswandlers den Kühlölstrom durch die Wandlerkupplung zu optimieren, sowie den Wärmeaustausch im Bereich der Reibflächen der Überbrückungskupplung zwischen dem Öl und den angrenzenden Bauteilen zu verbessern. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen soll weiterhin eine bessere Regelung bzw. Steuerung des von der Überbrückungskupplung übertragbaren Drehmomentes bzw. des an der Überbrückungskupplung vorhandenen Schlupfes ermöglicht werden, so daß auch die im Antriebsstrang bzw. an der Brenn kraftmaschine auftretenden Drehmomentstöße bzw. Momentungleichförmigkeiten über den Schlupf besser gedämpft werden können, wodurch der Komfort erhöht wird. Der hydrodynamische Strömungswandler gemäß der Erfindung soll weiterhin in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sein.
- Gemäß einer der erfindungsgemäßen Lösungen wird dies dadurch erzielt, daß der radial nach innen geleitete Ölfluß nach Verlassen der Kanäle innerhalb wenigstens eines Führungskanales radial nach innen geleitet wird und die diesen Führungskanal begrenzenden Wandungen bzw. Bauteile wenigstens bezüglich der infolge des Öldruckes auf sie einwirkenden Axialkräfte relativ zueinander derart axial abgestützt bzw. verbunden sind, daß ein in sich geschlossener Kraftfluß vorhanden ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erzielt, daß die bei rotierendem Wandler infolge der radialen Strömung des Öls auf das Öl einwirkenden dynamischen Kräfte zumindest im wesentlichen und wenigstens in axialer Richtung abgefangen werden können. Dadurch kann erzielt werden, daß auf den Kolben praktisch keine durch die auftretenden dynamischen Kräfte erzeugte axiale Kraftkomponente einwirken kann, welche eine Verringerung des von der Überbrückungskupplung übertragbaren Momentes zur Folge hätte. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können also die auf das Öl einwirkenden dynamischen Kräfte, welche eine Öldruckerhöhung erzeugen, bezüglich ihrer Auswirkung auf die auf den Kolben einwirkenden Kupplungsschließkraft zumindest teilweise neutralisiert werden.
- Unter Führungskanal sind sowohl radial verlaufende im Querschnitt in sich geschlossene Kanäle als auch kreisringförmige radial nach innen verlaufende Kammern zu verstehen. Eine solche kreisringförmige Kammer kann auch unterteilt sein in mehrere radial verlaufende Kanäle, wobei diese einen in sich geschlossenen Querschnitt aufweisen können. Als Führungskanal kann auch ein rohrartiges Bauteil verwendet werden, das mit wenigstens einer Ausgangsseite eines im radialen Bereich der Reibflächen vorgesehenen Kanals in Verbindung steht. Es kann also das aus wenigstens einem derartigen Kanal austretende Öl über ein Rohr radial nach innen geführt werden, wobei die Abflußseite dieses Rohres wieder in die erste Kammer münden kann oder aber in eine besondere Ölrücklaufführung mündet. Eine derartige Ölrücklaufführung kann zum Beispiel durch Kanäle gebildet sein, die in der Abtriebsnabe der Turbine sowie in Längsrichtung der Getriebeeingangswelle vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Rohrführung des bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung radial nach innen fließenden Öls kann in der ersten Kammer oder in der zweiten Kammer vorgesehen sein.
- Für den Aufbau des Strömungswandlers kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Führungskanal von einem eine der Reibflächen aufweisenden Bauteil, wie z.B. Gehäuse oder Ringkolben getragen ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die in einen Führungskanal einmündenden Kanäle einen Ölfluß von der zweiten Kammer in die erste Kammer ermöglichen. Hierfür können in den an die Reibflächen angrenzenden bzw. in den die Reibflächen bildenden Bauteilen entsprechende Öffnungen bzw. Durchlässe vorgesehen werden. Diese Öffnungen bzw. Durchlässe können dabei derart ausgebildet werden, daß sie drosselartig bzw. ähnlich wie eine Düse wirken. Um eine optimale Abstützung der infolge dynamischer Vorgänge im Ölstrom auftretenden Druckerhöhung zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn die den Führungskanal begrenzenden Wandungen relativ zueinander axial festgelegt, also zumindest praktisch starr miteinander verbunden sind. Zur Bildung des Führungskanales bzw. der Führungskammer kann in einfacher Weise an einem der die eine Kammer bildenden Bauteile eine mit diesem axial feste radiale Ölführungswandung vorgesehen sein, die mit radialen Bereichen des Bauteils wenigstens einen sich radial erstreckenden, den Führungskanal bzw. die Führungskammer bildenden Raum begrenzen, in dem bzw. in der der Ölstrom radial nach innen geleitet wird. Die den Führungskanal begrenzenden Wandungen können dabei in vorteilhafter Weise starr mit einem eine der Reibflächen tragenden Bauteil verbunden sein.
- Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich durch die Anordnung der ersten Kammer axial zwischen dem Ringkolben und einer radialen Wandung des Gehäuses. Zweckmäßig kann es dabei sein, wenn der Ringkolben axial zwischen der radialen Wandung des Gehäuses und dem Turbinenrad vorgesehen ist. Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn der Führungskanal bzw. die diesen begrenzende Ölführungswandung vom Kolben getragen ist.
- Die den Führungskanal bzw. die Führungskammer begrenzende Ölführungswandung kann in vorteilhafter Weise in der ersten Kammer aufgenommen sein, wobei diese Wandung derart ausgebildet und angeordnet sein kann, daß die erste Kammer in zwei Unterkammern unterteilt wird. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn die Ölführungswandung auf der der einen Kammer abgewandten Seite des Ringkolbens vorgesehen ist, also auf der dem Turbinenrad zugewandten Seite des Ringkolbens.
- In der zweiten Kammer kann wenigstens das Turbinenrad und das Pumpenrad und gegebenenfalls das Leitrad aufgenommen sein.
- Ein besonders vorteilhafter Aufbau kann sich dadurch ergeben, daß wenigstens eines der die Reibflächen tragenden Bauteile einen Reibbelag aufweist. Dieser Reibbelag kann durch den Kolben oder durch einen radial verlaufenden Wandabschnitt des Gehäuses getragen werden. Die Befestigung des Reibbelages an dem entsprechenden Bauteil kann z.B. durch Kleben erfolgen. Bei Verwendung eines Reibbelages kann es zweckmäßig sein, wenn die Kanäle unmittelbar durch den Reibbelag zumindest teilweise begrenzt sind. Hierfür können die Kanäle im Reibbelag vorgesehen werden. Die Kanäle können z.B. durch Anprägungen oder Ausschnitte bzw. Nuten in wenigstens einem Reibbelag zumindest teilweise gebildet sein. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein stetiger Ölstrom zwischen den beiden Kammern erzeugt werden, der über den Reibbelag geleitet wird. Dadurch ergibt sich ein besonders guter Wärmeaustausch zwischen den Reibflächen und dem Öl, so daß insgesamt betrachtet, eine niedrige bzw. geringere thermische Belastung sowohl der die Reibflächen bildenden Bauteile als auch des Öls ergibt.
- Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn der Einlaß der im radialen Bereich der Reibflächen vorgesehenen Kanäle radial weiter außen liegt als deren Auslaß und diese Kanäle in einen Führungskanal bzw. eine Führungskammer münden. Der Führungskanal bzw. die Führungskammer kann sich wenigstens über 50% der radialen Ausdehnung der ersten Kammer erstrecken. Je größer diese radiale Erstreckung ist, umso geringer sind die infolge der auf Öl einwirkenden dynamischen Vorgänge erzeugten Rückstellkräfte auf den Kolben der Überbrückungskupplung.
- Zur Speisung der Kanäle mit Öl kann es vorteilhaft sein, wenn die jeweilige Einlaßseite der Kanäle mit einer im Ringkolben und/oder in der Ölführungswandung vorgesehenen axialen Zuleitungsöffnung in Verbindung steht. Die Auslaßseite der Kanäle kann mit einem im Ringkolben und/oder in der Ölführungswandung vorgesehenen axialen Durchlaß in Verbindung stehen, welcher seinerseits in einen Führungskanal mündet. Bei Kanälen, die durch Vertiefungen bzw.
- Ausschnitte im Reibbelag und/oder im Bereich einer Reibfläche eines Bauteils gebildet sind, kann die jeweilige Auslaßseite der Kanäle auch derart ausgebildet sein, daß diese unmittelbar in den Führungskanal mündet.
- Um einen besonders wirkungsvollen Wärmeaustausch zu erzielen, können die im radialen Bereich der Reibflächen vorgesehenen Kanäle zickzackförmig bzw. mäanderförmig ausgebildet werden. Dadurch kann eine möglichst große Führungslänge für das Öl im Bereich der Reibflächen erzielt werden. Die Länge der Kanäle sowie deren Querschnitt muß dabei auf den gewünschten Volumenstrom an Öl abgestimmt werden. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn die die Kanäle bildenden Nuten bzw. Ausschnitte verhältnismäßig tief sind, wobei bei Einbringung dieser Kanäle in einen Reibbelag diese Tiefe sich vorzugsweise über praktisch die gesamte Reibbelagdicke erstrecken kann. Besonders vorteilhaft dabei ist es, wenn die Kanäle durch längliche Ausstanzungen im Belag gebildet sind. In vorteilhafter Weise kann die jeweilige Einlaßseite der Kanäle im äußeren Randbereich des Reibbelages und die jeweilige Auslaßseite im radial inneren Randbereich des Reibbelages vorgesehen werden. Für den Wärmeaustausch zwischen den Reibflächen und dem Öl kann es weiterhin zweckmäßig sein, wenn die zickzackförmig bzw. mäanderförmig ausgebildeten Kanäle in Umfangsrichtung des Reibbelages verlaufen, so daß das Öl – über die radiale Breite der Reibflächen betrachtet – mehrmals radial hin- und hergeführt wird. Die Kanäle können hierfür wenigstens zwei Umlenkungen besitzen, wobei Nuten mit wenigstens vier Umlenkungen sich als vorteilhaft erwiesen haben.
- Bei Verwendung einer Überbrückungskupplung mit konischen Reibflächen kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Reibbelag als Kegelabwicklung hergestellt wird, wobei die konische Form durch Zusammenfügen der beiden Enden der Kegelabwicklung gebildet wird. Der ringförmige Reibbelag kann jedoch auch aus mehreren segment- bzw. sichelförmigen Reibelementen bestehen, die zusammengefügt eine ringförmige bzw. kegelstumpfförmige Gestalt ergeben können. Durch die Verwendung von Reibbelagsegmenten kann der Materialeinsatz verringert werden, da der anfallende Abfall wesentlich reduziert werden kann. Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn das Ausgangsmaterial für die Reibbeläge vor dem Stanzen mit Klebefolie beschichtet wird, da dadurch ein einfacheres Handling der fertigen Beläge gewährleistet werden kann.
- Bei durchgestanzten Kanälen bzw. Nuten im Reibbelag ist es zweckmäßig, wenn dieser sowohl radial außen als auch radial innen eine zusammenhängende Kontur besitzt, da dadurch gewährleistet werden kann, daß ein praktisch verformungsfreies Handling gegeben ist und somit auch beim Aufkleben der Reibbeläge auf den Träger, wie z.B. den Kolben, keine die Funktion der Überbrückungskupplung beeinträchtigenden Verformungen auftreten können.
- Gemäß einer weiteren erfinderischen Ausgestaltung eines Strömungswandlers kann der über die Kanäle fließende Ölstrom über wenigstens ein Ventil in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters des Strömungswandlers und/oder der diesen antreibenden Maschine und/oder des vom Strömungswandler angetriebenen Getriebes einstellbar sein. Ein solcher Parameter kann beispielsweise durch die Öltemperatur, durch die Antriebsdrehzahl der Maschine oder die Abtriebsdrehzahl des Strömungswandlers bzw. Eingangsdrehzahl des Getriebes gebildet sein. Als Parameter kann weiterhin in besonders vorteilhafter Weise die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern herangezogen werden. Besonders zweckmäßig kann es dabei sein, wenn das Ventil eine Regelcharakteristik aufweist, die bei geschlossener Überbrückungskupplung über den gesamten Betriebsbereich des Strömungswandlers einen praktisch konstanten Ölfluß, also einen konstanten Volumenstrom gewährleistet. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, andere Kennlinien für den Volumenstrom zu realisieren, insbesondere solche, die abhängig sind vom Schlupf der Überbrückungskupplung bzw. von der aufgrund des Schlupfes entstehenden Wärmemenge. Ein besonders einfacher Aufbau kann sich dadurch ergeben, daß das Ventil als Volumenstromventil ausgebildet ist, welches in Abhängigkeit der zwischen den beiden Kammer vorhandenen Druckdifferenz den gewünschten Volumenstrom einstellt.
- Die erfindungsgemäßen Ventile können in vorteilhafter Weise auf der Einlaßseite und/oder der Auslaßseite der entsprechenden Kanäle oder eines Führungskanales vorgesehen werden.
- Ein derartiges Ventil kann jedoch auch im Bereich zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite eines Kanals oder eines Führungskanales angeordnet werden.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Kanäle können diese auch durch in das Material wenigstens eines der die Reibflächen bildenden bzw. tragenden Bauteile, wie z.B. Ringkolben und/oder Gehäuse, eingebrachte Anformungen, wie z.B. Nuten gebildet sein.
- Eine besonders einfache Regelung des Volumenstromes an Kühlöl kann dadurch erzielt werden, daß der Durchflußquerschnitt eines erfindungsgemäßen Ventils in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern veränderbar ist, wobei es zweckmäßig sein kann, wenn mit zunehmender Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern der Durchflußquerschnitt des Ventils verkleinert wird. In vorteilhafter Weise können solche Ventile derart ausgebildet und angeordnet werden, daß sie bezüglich ihrer Funktion praktisch keine bzw. nur eine sehr geringe Abhängigkeit von der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft aufweisen. In vorteilhafter Weise können die Ventile weiterhin eine Volumenstromkennung aufweisen, die nicht proportional zur Wurzel der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern ist.
- Die Ölstromregelventile können auch als Solinoid ausgebildet sein.
- Gemäß einem weiteren selbständigen Erfindungsgedanken können im Bereich der Reibfläche eines ringförmigen Reibbelages der Überbrückungskupplung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers Nuten zur Durchführung einer Kühlflüssigkeit eingebracht sein. Das Verhältnis zwischen der Dicke des Reibbelages und der über die Längserstreckung der Nuten betrachteten durchschnittlichen Tiefe derselben kann in vorteilhafter Weise in der Größenordnung zwischen 2,7 und 1,3 liegen. Die Tiefe der Nuten kann dabei in der Größenordnung zwischen 0,2 und 0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm liegen. Die Nuten können über ihre gesamte Erstreckung praktisch die gleiche Tiefe aufweisen. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn über die Längserstreckung der Nuten betrachtet, die Tiefe variiert. Weiterhin können die Nuten über ihre Längserstreckung zumindest im wesentlichen die gleiche Breite aufweisen. Es können jedoch auch Nuten zweckmäßig sein, die sich über ihre Längserstreckung in der Breite verändern.
- Die Drosselung des Kühlölstroms kann also gemäß der Erfindung im flachen zickzackförmigen und im wesentlichen über die gesamte Belagbreite verlaufenden Nuten erfolgen. Zwischen den Umlenkungen der Nuten können diese im wesentlichen gerade Teillängen aufweisen, welche eine Längserstreckung von ca. 10 bis 40 mm aufweisen können. Die Nutbreite kann in der Größenordnung zwischen 3 und 10 mm liegen. Um einen für viele Anwendungsfälle günstigen Durchfluß von maximal ca. 10 Liter pro Minute bei einem auf der der Turbine zugewandten Seite des Kolbens anstehenden Druck von ca. 5 bar zu gewährleisten, haben sich Nuttiefen in der Größenordnung von 0,3 mm als zweckmäßig erwiesen. Die vom radial äußeren Bereich zum radial inneren Bereich des Reibelages verlaufenden einzelnen zickzack- bzw. mäanderförmigen Nuten können in einer Anzahl von ca. 4 bis 12 vorhanden sein, welche über den Umfang des Reibbelages zumindest annähernd gleichmäßig verteilt sind. Die Teilung bzw. der Abstand zwischen zwei auf der gleichen radialen Seite des Reibbelages vorhandenen Umlenkungen der Nuten liegt im Verhältnis zur radialen Gesamthöhe der mäanderförmigen Nutenführung vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 0,6 bis 1,3, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 0,8 und 1,1.
- Zur Verbesserung der Kühlwirkung können im radial äußeren und/oder im radial inneren Randbereich taschenförmige Aussparungen oder Vertiefungen eingebracht werden. Diese taschenförmigen Anformungen, die radial nach außen hin bzw. radial nach innen hin offen sind, können in etwa die gleiche Höhe wie die Kühlnuten aufweisen. Die Anformungen können sich jedoch auch über die volle Belaghöhe erstrecken, so daß sie in einfacher Weise bei der Herstellung des Belages oder durch Ausschneiden hergestellt werden können. Diese taschenförmigen Anformungen können in vorteilhafter Weise – in Umfangsrichtung betrachtet – jeweils zwischen zwei benachbarten Umlenkungen angeordnet sein.
- Zur Abführung der im Bereich eines Reibflächeneingriffes einer Wandlerüberbrückungskupplung (Lock-Up) enstehenden Wärmemenge haben sich Reibbeläge als zweckmäßig erwiesen, bei denen das Verhältnis der von den Nuten und/oder taschenförmigen Anformungen in Anspruch genommenen Fläche zur verbleibenden Belagreibfläche in der Größenordnung von ca. 0,7 bis 1,8, vorzugsweise in der Größenordnung 1 und 1,5 liegt.
- Durch das Einbringen von taschenförmigen Anformungen in den radial äußeren bzw. radial inneren Randbereiche des Reibbelages kann durch Ausnutzung der Schleppströmung die Kühlung im Bereich des Reibeingriffes der Überbrückungskupplung verbessert bzw. erhöht werden. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn in Drehrichtung des Reibbelages betrachtet, die radial äußere Einlaßseite einer Kühlnut gegenüber der radial innen vorgesehenen Auslaßseite dieser Kühlnut nacheilt. Vorteilhaft kann es sein, wenn die in Umfangsrichtung des Reibbelages betrachtete Durchflußrichtung durch die Nuten übereinstimmt mit der Richtung der Schleppströmungen. Bei einer Wandlerkonstruktion, bei der der Reibbelag von einem mit dem Turbinenrad rotierbaren Bauteil, wie Kolben, getragen wird, wird diese Schleppströmung durch das eine Gegenreibfläche für den Reibbelag bildende Bauteil, wie insbesondere Wandlergehäuse, erzeugt. Bei auftretendem Schlupf in der Überbrückungskupplung des Wandlers besitzt, sofern ein Drehmoment vom Antriebsmotor auf ein Abtriebsbauteil übertragen wird, das Wandlergehäuse eine größere Rotationsgeschwindigkeit als der mit Nutungen versehene Reibbelag, so daß das durch die Nuten fließende Kühlmedium durch das Wandlergehäuse bzw. die schnellerdrehende Gegenreibfläche beschleunigt wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Führung der Nutungen kann der sonst nicht zu vermeidende Drehzahleinfluß auf das von der Kupplung übertragbare Moment wesentlich reduziert bzw. weitgehend vermieden werden.
- Der erfindungsgemäße Reibbelag kann auch pumpenseitig bzw. auf einer vom Wandlergehäuse gebildeten Fläche, z.B. durch Aufkleben, befestigt werden. Der Kolben der Wandlerüberbrückungskupplung besitzt dann lediglich eine metallische Gegenreibfläche.
- Weiterhin können die erfindungsgemäßen Nutausgestaltungen auch unmittelbar in das den Kolben und/oder das Wandlergehäuse bildende Material eingebracht werden. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann auch ein Reibbelag ohne Nuten verwendet werden. Es können jedoch auch Reibbeläge mit Nuten Verwendung finden, wobei diese dann auch anders als in der vorliegenden Anmeldung beschrieben, ausgestaltet sein können.
- Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn die Nuten derart ausgebildet sind, daß, über die Länge der Nuten betrachtet und für die während des Fahrbetriebes eines mit einem Strömungswandler ausgerüsteten Fahrzeugs auftretenden Drücke auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Nuten, im Bereich der Nuten eine im wesentlichen turbulente Strömung vorhanden ist. Die Nuten können also derart ausgebildet werden, daß der zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite dieser Nuten vorhandene Druckunterschied eine turbulente Strömung in den Nuten erzeugt. Die Entstehung einer turbulenten Strömung innerhalb der Nuten kann durch eine entsprechende Nutführung bzw. Nutausgestaltung positiv beeinflußt werden.
- Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungsmöglichkeit kann bei einem hydrodynamischen Strömungswandler der eingangs beschriebenen Art bei axialer Anlage der Reibflächen der Überbrückungskupplung ein Ölfluß von der zweiten Kammer in die erste vorhanden sein, wobei in der ersten Kammer eine radiale Wandung vorgesehen ist, die gegenüber einer der die erste Kammer begrenzenden radialen Wandungen axial festgelegt ist, wobei der Ölfluß radial nach innen zwischen diese beiden axial festgelegten Wandungen geleitet wird. Diese beiden Wandungen können dabei auch relativ zueinander verdrehbar sein. Die in der Kammer aufgenommene Wandung kann in vorteilhafter Weise gegenüber dem Gehäuse axial festgelegt sein. Letzteres kann z.B. durch axiale Abstützung der entsprechenden Wandung über die Turbinennabe erfolgen. Die Wandung kann dabei in vorteilhafter Weise starr mit der Turbinennabe verbunden sein.
- Anhand der
1 bis12 sei die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt: -
1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung -
2 ein Diagramm mit Drehmomentkennlinien von Überbrückungskupplungen - die
3 bis5 weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Strömungswandlers mit Überbrückungskupplung - die
6 ,7 und12 Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Reibbelages für eine erfindungsgemäße Überbrückungskupplung -
8 eine Einzelheit einer erfindungsgemäßen Überbrückungskupplung - die
8a bis11 Ventile zur Regulierung des Volumenstrom an Öl sowie Einzelheiten von mit derartigen Ventilen ausgerüsteten Überbrückungskupplungen. - Die in
1 dargestellte Einrichtung1 besitzt ein Gehäuse2 , das einen hydrodynamischen Drehmomentwandler3 aufnimmt. Das Gehäuse2 ist mit einer antreibenden Welle verbindbar, die durch die Abtriebswelle, wie z.B. die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, gebildet sein kann. Die drehfeste Verbindung zwischen der antreibenden Welle und dem Gehäuse2 kann über ein Antriebsblech erfolgen, das radial innen mit der antreibenden Welle und radial außen mit dem Gehäuse2 drehfest verbindbar ist. Ein derartiges Antriebsblech ist beispielsweise durch die JP 58-30532 A bekannt geworden. - Das Gehäuse
2 ist durch eine der antreibenden Welle bzw. der Brennkraftmaschine benachbarte Gehäuseschale4 sowie eine an dieser befestigte weitere Gehäuseschale5 gebildet. Die beiden Gehäuseschalen4 und5 sind radial außen über eine Schweißverbindung6 fest miteinander abdichtend verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Bildung der äußeren Schale des Pumpenrades7 die Gehäuseschale5 unmittelbar herangezogen. Hierfür sind die Schaufelbleche8 in an sich bekannter Weise an der Gehäuseschale5 befestigt. Die Gehäuseschale5 ist axial in den äußeren hülsenartigen Bereich4a der Gehäuseschale4 eingesteckt. Axial zwischen dem Pumpenrad7 und der radialen Wandung9 des Gehäuses4 ist ein Turbinenrad10 vorgesehen, das fest bzw. drehstarr mit einer Abtriebsnabe11 , welche über eine Innenverzahnung mit einer Getriebeeingangswelle drehfest koppelbar ist, verbunden ist. Axial zwischen den radial inneren Bereichen des Pumpen- und des Turbinenrades ist ein Leitrad12 vorgesehen. Die Gehäuseschale5 besitzt radial innen eine hülsenartige Nabe13 , die in dem Gehäuse eines Getriebes drehbar und abdichtend lagerbar ist. In dem durch die beiden Gehäuseschalen4 ,5 gebildeten Innenraum14 ist weiterhin eine Überbrückungskupplung15 vorgesehen, die wirkungsmäßig parallel zum Drehmomentwandler3 angeordnet ist. Die Überbrückungskupplung15 ermöglicht eine Drehmomentkoppelung zwischen der Abtriebsnabe11 und der antreibenden Gehäuseschale4 . Wirkungsmäßig in Reihe mit der Überbrückungskupplung15 ist ein drehelastischer Dämpfer16 geschaltet, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem ringförmigen Kolben17 der Überbrückungskupplung15 und der Abtriebsnabe11 vorgesehen ist. Der drehelastische Dämpfer16 umfaßt in an sich bekannter Weise Kraftspeicher in Form von Schraubenfedern. Der axial zwischen der radial verlaufenden Wandung9 und dem Turbinenrad10 vorgesehene ringförmige Kolben17 ist radial innen auf der Abtriebsnabe11 begrenzt axial verschiebbar gelagert. Der ringförmige Kolben17 unterteilt den Innenraum14 in eine erste Kammer18 , die radial innerhalb des Reibeingriffsbereiches19 der Überbrückungskupplung15 axial zwischen dem ringförmigen Kolben17 und der radialen Gehäusewandung9 gebildet ist, sowie eine zweite Kammer20 , in der unter anderem das Pumpenrad7 , das Turbinenrad10 sowie das Leitrad12 aufgenommen sind. - Die Gehäuseschale
4 bildet mit radial äußeren Bereichen eine konische Reibfläche21 , deren fiktive Konusspitze axial in Richtung vom Turbinenrad10 weg gerichtet ist. Die konische Reibfläche21 ist in Reibeingriff mit einem Reibbelag22 bringbar, der von dem konischen Bereich23 eines Abstützbleches24 getragen ist. Das Abstützblech24 wird seinerseits wiederum von dem ebenfalls aus Blech tiefgezogenen ringförmigen Kolben17 getragen. - Bei neueren Konzepten für einen Antriebsstrang, z.B. eines Kraftfahrzeuges, wird die Überbrückungskupplung über zumindest einen Großteil des Betriebsbereiches des Strömungswandlers mit Schlupf betrieben, wobei während der Schlupfphasen im Reibeingriffsbereich
19 eine Verlustleistung in Form von Wärme anfällt, die bei bestimmten Betriebszuständen sehr hoch sein und mehrere Kilowatt betragen kann. Derartige Betriebszustände sind beispielsweise vorhanden bei Bergfahrt mit Anhänger sowie beim Wechsel vom unüberbrückten zum praktisch überbrückten Zustand der Wandlerkupplung. Derartige Konzepte zum Betreiben einer Wandlerüberbrückungskupplung mit Schlupf sind beispielsweise durch die deutschen Patentanmeldungen P 42 28 137.7-12 sowie P 42 35 070.0-12 vorgeschlagen geworden. - Um unzulässig hohe Temperaturen im Reibeingriffsbereich
19 zu vermeiden, und somit einer Zerstörung zumindest der Reibbelagoberfläche sowie eines Teils des im Innenraum14 vorhandenen Öls entgegenzuwirken, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Mittel in Form von im Reibbelag22 eingebrachten Ölnuten bzw. Kanälen25 vorgesehen, über die auch bei praktisch geschlossener Überbrückungskupplung15 ein stetiger Ölstrom zwischen der zweiten Kammer20 und der ersten Kammer18 erfolgen kann. Der Ölstrom wird dabei über den Reibbelag22 und die Reibfläche21 geleitet. Die Ölkanäle25 sind bezüglich ihrer Form dahingehend optimiert, daß ein guter Wärmeaustausch zwischen den den Reibeingriff im Bereich19 bewirkenden Bauteilen und dem durchströmenden Öl stattfinden kann. Eine bevorzugte Formgebung der Kanäle25 wird noch im Zusammenhang mit den6 und7 näher beschrieben. - Das radial weiter außen liegende Öleinlaßende der Kanäle
25 steht über Durchlässe bzw. Bohrungen26 im Kolben17 und im Abstützblech24 mit der zweiten Kammer20 in Verbindung. Das radial weiter innen liegende Auslaßende der Kanäle25 steht mit der ersten Kammer18 in Verbindung. - Das axial mit dem Kolben
17 fest verbundene Abstützblech24 bildet in Verbindung mit radialen Bereichen des Kolbens17 eine Unterkammer18a , die als Führungskanal für das bei geschlossener Überbrückungskupplung15 über die Kanäle25 radial in Richtung zur Drehachse27 fließende Öl dient. Der Führungskanal18a steht mit den radial inneren Endbereichen der Kanäle25 über im Abstützblech24 eingebrachte Öffnungen bzw. Bohrungen28 in Verbindung. Radial innen besitzt das Abstützblech24 axiale Anprägungen29 , die als Abstandshalter zwischen dem Abstützblech24 und dem Ringkolben17 dienen. Zwischen den Anprägungen29 ist der praktisch als ringförmige Kammer ausgebildete Führungskanal18a radial nach innen hin geöffnet, wodurch eine Verbindung zu der zwischen den radialen Gehäusebereichen9 und dem Abstützblech24 gebildeten Unterkammer18b vorhanden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Kolbenblech17 und das Abstützblech24 im Bereich der Anprägungen29 über Niete miteinander verbunden. Radial außerhalb des Führungs kanales18a besitzt der Ringkolben17 eine ringförmige axiale Anprägung30 , die ebenfalls als Abstandshalter zwischen dem Abstützblech24 und den übrigen Bereichen des Ringkolbens17 dient. Durch die Anprägung30 wird weiterhin die Verformungssteifigkeit des Abstützbleches24 im Reibeingriffsbereich19 vergrößert. Im Bereich der ringförmigen Anprägung30 ist eine radiale Abdichtung zwischen den beiden Bauteilen17 und24 vorhanden. Der Kühlölstrom erfolgt bei geschlossener Überbrückungskupplung15 ausgehend von der zweiten Kammer20 über die Durchlässe26 , die Ölkanäle25 , die Öffnungen28 und den Führungskanal18a radial nach innen in den Bereich der Abtriebsnabe11 . Dieser Kühlölstrom kann dann im Bereich der Abtriebsnabe11 , zum Beispiel über eine Hohlwelle oder über einen hierfür vorgesehenen Kanal abgeleitet werden, und zwar vorzugsweise zunächst in einen Ölkühler. Von diesem Ölkühler aus kann dann das Öl in einen Sumpf zurückgeführt werden und von dort aus wiederum in den hydraulischen Regel- bzw. Steuerkreis. - Die den Führungskanal
18a bildenden Bauteile17 und24 sind in Bezug aufeinander derart axial abgestützt bzw. miteinander verbunden, daß das darin radial nach innen fließende Öl keine axiale Kraftkomponente auf den axial verlagerbaren Kolben17 ausüben kann, welche eine Veränderung, insbesondere eine Reduzierung der Drehmomentübertragungskapazität der Überbrückungskupplung15 bewirken würde. Dies wird dadurch erzielt, daß die infolge des radial nach innen verlaufenden Ölstromes im Öl auftretenden Kräfte, beziehungsweise Druck erhöhungen, die eine axiale Kraftkomponente auf dem Kolben17 und auf das Abstützblech24 bewirken, axial derart abgefangen werden, daß ein geschlossener Kraftfluß entsteht. Dies wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß1 durch die axiale Abstützung des Bleches24 am Kolben17 gewährleistet. - Die erwähnten, auf dynamische Vorgänge im Öl zurückzuführenden Kräfte und somit auch die durch diese verursachten Druckerhöhungen reduzieren bei Strömungswandlerkonstruktionen mit Überbrückungskupplung, wie sie beispielsweise durch die
US 4,969,543 bekannt geworden sind, mit zunehmender Drehzahl das von der Überbrückungskupplung maximal übertragbare Moment sehr stark. Bei den bekannten Strömungswandlern mit Kühlölstrom treten diese auf dynamische Vorgänge zurückzuführenden Drehmomentverluste auf, wenn der Ölstrom zwischen der radialen Gehäusewandung und dem Kolben der praktisch geschlossenen Überbrückungskupplung von radial außen nach radial innen strömt, wobei auch mit zunehmendem Volumenstrom an Öl diese Verluste größer werden. Eine Ursache für die Abnahme der Drehmomentübertragungskapazität der Überbrückungskupplung mit zunehmender Drehzahl bzw. zunehmendem Volumenstrom an Öl ist wahrscheinlich auf die beim Strömen des Öls von radial außen nach radial innen hin auf das Öl einwirkende Coriolisbeschleunigung zurückzuführen, welche infolge der Rotation des Strömungswandlers in Drehrichtung auf das Öl einwirkt und eine Druckerhöhung in dem radial zur Drehachse27 hin fließenden Öl bewirken kann. - Bei der vorliegenden Erfindung werden die aufgrund des radialen Ölflusses verursachten Druckerhöhungen und die damit auf die den Ölfluß leitenden Bauteile erzeugten Axialkräfte derart axial abgefangen, daß sie praktisch keine Auswirkung oder zumindest eine wesentlich kleinere Auswirkung auf die Schließkraft der Überbrückungskupplung
15 und somit auf das von dieser übertragbare Moment haben. Diese unerwünschten Drücke bzw. Kräfte werden gemäß der Erfindung axial abgefangen. - Bei der in
1 dargestellten Ausführungsform verläuft das Abstützblech24 bzw. der Führungskanal18a radial bis zur Abtriebsnabe11 , also verhältnismäßig weit nach innen. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn sich der Führungskanal18a nur über einen Teilbereich der radialen Erstreckung des ringförmigen Kolbens17 erstreckt, so daß sich mit zunehmender Drehzahl bzw. zunehmendem Volumenstrom eine bestimmte Veränderung des von der Überbrückungskupplung15 übertragbaren Momentes ergibt. Für die meisten Fälle wird es jedoch zweckmäßig sein, wenn der Führungskanal18a über wenigstens 50% der radialen Erstreckung des ringförmigen Kolbens17 verläuft. Weiterhin ist es möglich, nur einen Teil des Ölstromes durch den Führungskanal18a zu führen und den Rest durch die Unterkammer18b radial nach innen. Hierfür kann das Abstützblech24 Verbindungsöffnungen zwischen der Unterkammer18b und dem Führungskanal18a aufweisen. Diese Verbindungsöffnungen können je nach gewünschtem Effekt entsprechend ausgebildet und in einem bestimmten radialen Abstand von der Drehachse27 angeordnet werden. - In dem Diagramm gemäß
2 ist auf der Abszisse die Drehzahl des Strömungswandlers bzw. des Gehäuses2 und auf der Ordinate das Verhältnis von dem von der Überbrückungskupplung15 übertragbaren Moment zu der beidseits des Wandlerkolbens17 vorhandenen Druckdifferenz dargestellt. Die Linie31 zeigt den Momentenverlauf über der Drehzahl für einen gegebenen, also konstanten Differenzdruck ΔP am Kolben einer konventionellen Wandlerüberbrückungskupplung, also einer Überbrückungskupplung, bei der bei geschlossener Kupplung kein Ölstrom von der einen Seite des Kolbens auf die andere Seite vorhanden ist. Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Überbrückungskupplung über der Drehzahl bei gegebenem ΔP das übertragbare Moment zumindest im wesentlichen konstant bleibt. Strömungswandler mit einer derartigen Überbrückungskupplung sind beispielsweise in derUS 4,649,763 - Die Linie
32 stellt einen möglichen Verlauf des von der Überbrückungskupplung15 übertragbaren Momentes über der Drehzahl bei gegebenem ΔP eines hydrodynamischen Strömungswandlers, bei dem ein Ölstrom von der zweiten Kammer20 in die erste Kammer18 vorhanden ist, dar. Derartige hydrodynamische Strömungswandler sind beispielsweise durch dieUS 4,445,599 undUS 5,056,631 bekannt geworden. Bei diesen Konstruktionen sind im Bereich der Reibbeläge und/oder des Kolbens der Überbrückungskupplung Kanäle bzw. Öffnungen vorgesehen, die einen Ölfluß von der zweiten Kammer, welche zumindest das Pumpenrad und das Turbinenrad aufnimmt, in die erste Kammer, welche von einer radialen Wandung des Gehäuses und dem Kolben begrenzt ist, ermöglichen. Dieser Ölfluß bzw. Ölstrom führt dazu, daß das für ein gegebenes ΔP von der Wandlerüberbrückungskupplung theoretisch übertragbare maximale Moment – infolge von Strömungsverlusten im Zu- und Rücklauf sowie beim Durchströmen des Wandlers – verringert wird. Dies ist aus2 zu entnehmen, und zwar ist bei niedrigen Drehzahlen für ein gleiches ΔP das gemäß der Linie32 übertragbare maximale Moment kleiner als das der gleichen Drehzahl entsprechende Moment der Linie31 . Den statischen Verlusten überlagern sich noch dynamische Verluste, die ebenfalls das von der Überbrückungskupplung übertragbare Moment reduzieren. Diese werden hervorgerufen durch den in der ersten Kammer radial nach innen gerichteten Ölstrom. Wie aus dem Verlauf der Linie32 zu entnehmen ist, wird das für ein gegebenes ΔP von der Überbrückungskupplung übertragbare Moment mit zunehmender Drehzahl durch die dynamischen Verluste wesentlich reduziert. - Durch die erfindungsgemäße Abstützung der infolge des radial nach innen gerichteten Ölstromes auftretenden Kräfte bzw. Druckerhöhungen in der Kammer
18 wird erzielt, daß für ein gegebenes ΔP das von der Überbrückungskupplung übertragbare Moment über der Drehzahl des Strömungswandlers nicht entsprechend der Linie32 abfällt, sondern entsprechend der strichlierten Linie33 zumindest im wesentlichen praktisch konstant bleibt. Je nach dem gewünschten Verhalten der Überbrückungskupplung kann die Linie33 jedoch auch einen anderen Verlauf aufweisen. So kann, falls erwünscht, über die Drehzahl betrachtet auch ein gewisser Abfall des übertragbaren Drehmomentes vorhanden sein. Bei optimaler Auslegung des wenigstens einen Führungskanales18a für den Ölstrom kann jedoch erzielt werden, daß gegenüber dem bezüglich der Drehmomentübertragung idealen Fall entsprechend der Linie31 praktisch nur statische Verluste auftreten. - Die obige Betrachtungsweise ist idealisiert, da die Reibung in der Flüssigkeit sowie die Reibung zwischen Flüssigkeit und den Führungswandungen nicht berücksichtigt wurde.
- Die Ausführungsform gemäß
3 unterscheidet sich gegenüber derjenigen gemäß1 dadurch, daß das Bauteil117 radial außen nicht bis zur äußeren Kontur des Bleches124 verläuft und radial innen nicht auf der Abtriebsnabe111 axial verlagerbar geführt ist. Das Blech124 ist ähnlich wie der Ringkolben17 gemäß1 auf der Abtriebsnabe111 radial zentriert und axial begrenzt verlagerbar aufgenommen. Bei der Ausführungsform gemäß3 bildet also das Blech24 praktisch den Kolben der Überbrückungskupplung115 und das ringförmige Bauteil117 eine Versteifung für das Blech124 . - Bei einer Ausführungsform gemäß
4 ist das den Füh rungskanal218a begrenzende Bauteil in Form eines ringförmigen Bleches224 auf der der ersten Kammer218 abgekehrten Seite des ringförmigen Kolbens217 vorgesehen. Der Kolben217 besitzt im radial äußeren Bereich des Führungskanales218a Durchlässe228 , die mit den Kanälen225 im Reibbelag222 in Verbindung stehen. Im radial inneren Bereich des Führungskanales218a sind Abflußöffnungen234 im Kolben217 eingebracht, welche in die erste Kammer218 einmünden. - Wie bereits erwähnt, können die Führungskanäle
18a ,118a ,218a praktisch als ringförmige Kammer ausgebildet sein. Es können jedoch auch mehrere radial verlaufende Kanäle vorgesehen werden, die jeweils mit wenigstens einer der Zuführöffnungen28 ,228 in Verbindung stehen. So könnten z.B. anstatt von Führungsblechen24 ,224 auch einzelne Röhrchen verwendet werden, die radial außen mit einer der Öffnungen28 ,228 in Verbindung stehen und sich radial nach innen zur Drehachse hin erstrecken. Auch ist es nicht erforderlich, den radial nach innen gerichteten Ölstrom in die erste Kammer218 bzw. Unterkammer18b zurückzuführen, sondern es kann der Abfluß für den radial nach innen gerichteten Ölfluß auch über eine hierfür besonders vorgesehene Rückführung erfolgen. So könnte z.B. dieser Ölfluß auch über wenigstens eine in die Abtriebsnabe11 eingebrachte radiale Bohrung, die in einen Abflußkanal mündet, evakuiert werden. - Bei dem in
5 dargestellten hydrodynamischen Drehmomentwandler303 ist wiederum eine erste Kammer318 und eine zweite Kammer320 vorhanden, die durch den Kolben317 der Überbrückungskupplung315 voneinander getrennt sind. Der Ringkolben317 ist auf der Abtriebsnabe311 axial verlagerbar zentriert. Im Drehmomentfluß zwischen der Abtriebsnabe311 und dem Ringkolben317 ist der drehelastische Dämpfer316 angeordnet. Bei geschlossener Überbrückungskupplung315 ist zwischen der zweiten Kammer320 und der ersten Kammer318 ein Ölstrom vorhanden, der in der Kammer318 radial nach innen gerichtet ist. Hierfür ist am Kolben317 wenigstens eine Einlaßöffnung326 vorhanden, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine vom Kolben317 getragene Düse bzw. Blende326a gebildet ist. Das durch die Öffnung326 fließende Öl wird im Reibeingriffsbereich319 zwischen der Reibfläche321 des Gehäuses302 und der Reibfläche des Reibbelages322 in Nuten bzw. Kanälen325 geführt. Auf der Auslaßseite der Nuten bzw. Kanäle325 tritt dann das Öl in die erste Kammer318 ein und fließt radial nach innen. Der Ölfluß wird dabei radial nach innen zwischen der Gehäusewandung309 und einem radialen ringförmigen Abstützblech324 geführt. Das Blech324 ist an der Abtriebsnabe311 befestigt und somit in axialer Richtung zum Kolben317 hin, axial abgestützt. Diese Abstützung bewirkt, daß die im radial nach innen hin fließenden Öl auftretenden Druckerhöhungen sich praktisch nicht auf den Kolben317 auswirken können, da die durch diese Druckerhöhungen erzeugten Axialkräfte von dem Blech324 abgefangen werden. - Das Ölführungsblech bzw. Abstützblech
324 könnte anstatt mit der Abtriebsnabe311 auch mit der Gehäuseschale304 axial verbunden sein. Auch dann würde ein in Bezug auf die auftretenden Axialkräfte in sich geschlossener Kraftfluß vorhanden sein. - Die Ölnuten bzw. Kanäle
25 ,225 ,325 könnten auch, zumindest zum Teil, anstatt im Reibbelag25 ,225 ,325 eingebracht zu sein, in der angrenzenden Gehäusewandung und/oder im Kolben der Überbrückungskupplung und/oder z.B. bei Ausführungsformen gemäß den1 und3 auch im Abstützblech24 ,124 vorgesehen sein. Ein Kolben mit Ölführungsnuten ist z.B. durch dieUS 5,056,631 bekannt geworden. - Die erfindungsgemäße Führung des zwischen der zweiten Kammer und der ersten Kammer strömenden Öls radial nach innen hin und die damit verbundene Abstützung bzw. Kompensierung der im Öl auftretenden Impulskräfte bzw. Druckerhöhungen ist nicht auf Ausführungsformen begrenzt, bei denen der Ölfluß unmittelbar im Bereich der Reibflächen der Wandlerüberbrückungskupplung erfolgt, sondern kann auch bei solchen Konstruktionen, wie sie beispielsweise durch die
US 4,493,406 und dieUS 4,445,599 bekannt geworden sind, Anwendung finden. - In
6 ist ein Reibbelag422 dargestellt, der bei einer Wandlerüberbrückungskupplung gemäß den1 und3 bis5 Verwendung finden kann. Der Reibbelag422 besitzt einen radial äußeren über den Umfang sich erstreckenden zusammen hängenden Bereich422a und einen ebenfalls zusammenhängenden radial inneren in Umfangsrichtung sich erstreckenden Bereich422b . In dem zwischen dem äußeren und dem inneren Bereich422a ,422b vorhandenen mittleren Bereich422c sind Ausschnitte435 eingebracht, die einen zickzack- bzw. mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Die Ausschnitte435 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung des Reibbelages422 mäanderförmig bzw. schlangenlinienförmig geführt. Durch eine derartige Führung der Ausschnitte435 wird eine besonders große Kanallänge für das hindurchzuführende Öl gewährleistet, wodurch ein guter Wärmeaustausch zwischen dem durchfließenden Öl und den die Reibflächen der Überbrückungskupplung bildenden Bauteilen erzielt wird. Dadurch ist sowohl eine niedrige thermische Belastung der Reibflächen bzw. der diese bildenden Bauteile sowie des im Bereich der Reibflächen vorhandenen Öls erzielbar. - Die Längenbemessung und Formgebung der Kanäle bzw. Ausstanzungen
435 muß derart erfolgen, daß der darin auftretende Strömungswiderstand auf den kritischen Betriebsfall des Drehmomentwandlers bzw. der Überbrückungskupplung ausgelegt ist, das bedeutet, daß auch bei maximal möglicher Öltemperatur nur soviel Öl von der zweiten Kammer in die erste Kammer ablaufen darf, daß der Systemdruck im Drehmomentwandler nicht zusammenbricht. Zweckmäßig ist es, wenn der durch die Ausstanzungen bzw. Nuten435 geführte Kühlölstrom eine möglichst geringe Abhängigkeit von der Öltemperatur aufweist. - Der Reibbelag
422 besitzt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel neun gleichmäßig über den Umfang verteilte Kanäle bzw. Nuten435 . Zweckmäßig ist es, wenn wenigstens drei derartige zickzackförmige Kanäle bzw. Nuten in dem Reibbelag422 eingebracht sind. - Der in
6 dargestellte Reibbelag422 ist in seiner Planlage dargestellt und wird auf die kegelstumpfförmig aufgestellten Bereiche des entsprechenden Ringkolbens oder des entsprechenden Abstützbleches oder der entsprechenden Gehäuseschale aufgeklebt. Der Reibbelag422 ist als Kegelabwicklung hergestellt, so daß beim Zusammenfügen der beiden Endbereiche436 ,437 eine konische bzw. kegelstumpfförmige Form entsteht. Ein besonders geringer Materialeinsatz kann erzielt werden, durch Unterteilung des Reibbelages422 in mehrere sektorförmige Teile438 . Dies ist in7 dargestellt. Die Reibbelagsegmente438 werden dann auf das entsprechende Trägerteil aufgeklebt. Besonders vorteilhaft kann es hierfür sein, wenn das Belagmaterial bzw. der Ausgangszuschnitt zumindest vor dem Stanzen der Ausschnitte435 mit einer Klebefolie einseitig beschichtet ist. Dadurch wird ein einfaches Handling gewährleistet. Dieses Handling wird auch dadurch begünstigt, daß radial außen und radial innen die Belagsegmente438 bzw. der Belag422 einen zusammenhängenden durchlaufenden Bereich aufweisen. - Bei der Ausführungsform gemäß den
6 und7 sind die Nuten bzw. Ausstanzungen435 radial nach außen hin und radial nach innen hin geschlossen. Dies wird durch entsprechende Ausgestaltung der den Reibbelag einspannenden Bauteile ermöglicht. Die Ausgestaltung muß dabei derart erfolgen, daß am radial äußeren Ende439 der Kanäle435 das Öl in die Kanäle435 einfließen kann und am radial inneren Ende440 wieder abfließen kann. Hierfür sind bei den Ausführungsbeispielen gemäß den1 und3 bis5 entsprechende Bohrungen bzw. Ausnehmungen in den angrenzenden Teilen vorgesehen, welche mit den entsprechenden Enden der Kanäle435 in Verbindung sind. Anstatt von Bohrungen bzw. Ausschnitten könnten die entsprechenden Teile jedoch auch Vertiefungen oder Anprägungen aufweisen, die eine Verbindung des entsprechenden Endes439 und/oder440 mit der entsprechenden Kammer, z.B.320 und/oder318 gewährleisten. In5 ist strichliert eine entsprechende Verbindung gezeigt, die durch eine Vertiefung441 im Kolben317 gebildet ist. Diese Anformung bzw. Vertiefung ist gegenüber der Öleinlaßseite326 in Umfangsrichtung versetzt und mit einem radial inneren Endbereich eines Kanals325 verbunden. - Zweckmäßig ist es, wenn die Kanäle
435 über ihre Länge betrachtet wenigstens zwei Umlenkungen, also wenigstens drei Schenkel oder zwei Bögen aufweisen. Bei der Ausführungsform gemäß6 besitzen die Kanäle sechs Umlenkungen und somit sieben Schenkel. Bei einer sinusartigen bzw. schlangenlinienartigen Führung der Kanäle435 würden diese sechs aneinander sich anschließende Bögen aufweisen. - In
8 ist eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem radial inneren Ende440 eines Reibbelages422 und der zwischen dem Gehäuse2 und dem Ringkolben17 gebildeten ersten Kammer18 dargestellt. Diese Verbindung wird durch eine axiale Abstufung2a an der Gehäuseschale bzw. am Deckel4 gewährleistet. Die Abstufung2a ist dabei derart angeordnet, daß diese sich radial nach außen hin über den Endbereich440 des entsprechenden Kanals435 erstreckt. Die Abstufung2a kann auch ringförmig ausgebildet sein, also sich über den gesamten Umfang erstrecken, so daß dann alle Endbereiche440 der Kanäle435 eine Verbindung mit der ersten Kammer18 aufweisen. - Um die Abhängigkeit des zwischen der zweiten Kammer und der ersten Kammer fließenden Ölvolumens von der Öltemperatur bzw. Ölviskosität sowie von der zwischen der zweiten Kammer und der ersten Kammer vorhandenen Druckdifferenz zu verringern, ist gemäß einer weiteren erfinderischen Ausgestaltung wenigstens ein Mittel vorhanden, das den Volumenstrom in Abhängigkeit der Öltemperatur bzw. der Ölviskosität und/oder der Druckdifferenz zwischen den beidseits des Kolbens anstehenden Drücken einstellt.
- In den
8a bis10 ist ein solches Mittel in Form eines Ventils542 dargestellt. - In
8a ist das Ventil542 vom Kolben517 getragen. Das Ventil542 besitzt ein Gehäuse543 , das auf der dem Reibbelag522 abgekehrten Seite des Kolbens517 an letzterem befestigt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt hierfür das Gehäuse543 eine ringförmige Außenschulter544 , die in eine Bohrung545 des Ringkolbens517 aufgenommen und festgelegt ist, z.B. über eine Presspassung. - Wie aus
9 zu entnehmen ist, ist in dem Gehäuse543 des Ventils542 ein axial verlagerbarer Kolben546 aufgenommen. Der Kolben546 besitzt einen axialen Ansatz547 , der axial in einer nach außen hin offenen Ausnehmung548 verschiebbar ist. Durch axiale Verschiebung des Kolbens546 wird der Querschnitt des Auslasses549 , der sich zwischen der Ausnehmung548 und dem axialen Ansatz547 einstellt, verändert. Diese Querschnittsveränderung erfolgt dabei durch eine entsprechende Formgebung des axialen Ansatzes547 und/oder der Ausnehmung548 . Die Ausnehmung548 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine ringförmige, im Querschnitt L-förmige Buchse550 gebildet, die am Gehäuse543 derart befestigt ist, daß deren axialer Ansatz551 in den Zylinderraum552 hineinragt. Auf dem axialen Ansatz551 ist eine tarierte Feder553 aufgenommen, die den Kolben546 in Richtung des Gehäusebodens554 beaufschlagt. Dadurch wird gewährleistet, daß bei geringem Differenzdruck zwischen den beiden Kammern, z.B.20 und18 bzw. zwischen der Kammer20 und dem Führungskanal18a , ein verhältnismäßig großer Ölstrom über das Ventil fließen kann. Das Ventil542 besitzt Einlässe555 , die eine Verbindung zwischen der zweiten Kammer20 (1 ) und dem Zylinderraum552 herstellen. Die den Auslaß des Ventils542 bildende Ausnehmung548 mündet bzw. steht in Verbindung mit wenigstens einem im Reibeingriffsbereich519 vorgesehenen Ölführungskanal535 . Diese Verbindung ist dabei derart ausgebildet, daß das durch das Ventil542 hindurch fließende Öl vorzugsweise vom einen Ende eines Kanals535 zum anderen Ende dieses Kanals geführt wird und von dort aus dann radial zur Drehachse des entsprechenden Strömungswandlers fließt. - Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der axiale Ansatz
547 des Kolbens546 eine Nut556 , die eine derartige Geometrie bzw. einen derartigen Verlauf besitzt, daß mit zunehmender axialer Verlagerung des Kolbens546 nach links der Auslaßquerschnitt549 verkleinert wird. Durch entsprechende Ausgestaltung der Nut546 und Auslegung der Kraft-Weg-Charakteristik der Feder553 kann erzielt werden, daß über das Ventil542 über den gesamten Einsatzbereich des entsprechenden Drehmomentwandlers ein praktisch konstanter Volumenstrom fließt. Es kann also dadurch erzielt werden, daß ein Volumenstrom entsteht, der praktisch unabhängig von der Differenz der beidseits des Kolbens der Überbrückungskupplung anstehenden Drücke ist. Falls erforderlich können jedoch auch durch entsprechende Ausgestaltung des Ansatzes547 , der Ausnehmung548 und des Kraftspeichers553 andere Kennlinien für den Volumenstrom realisiert werden. So kann z.B. über ein entsprechend ausgestaltetes Ventil542 der sich einstellende Volumenstrom an Öl mit zunehmender Druckdifferenz zumindest etwas zunehmen oder wenigstens geringfügig abnehmen. Falls erforderlich kann der Volumenstrom ab einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern auch vollständig unterbrochen werden. Vorzugsweise ist das Stromregelventil542 jedoch derart ausgelegt, daß der Volumenstrom praktisch konstant gehalten wird und somit praktisch unabhängig von Schwankungen des an den Einlässen555 anstehenden Versorgungs- bzw. Lastdruckes ist. Ein derartiges Stromregelventil hat weiterhin den Vorteil, daß dieses derart ausgestaltet werden kann, daß Temperaturänderungen im Öl weitgehend kompensiert werden können, das bedeutet, daß der Volumenstrom weitgehend unabhängig ist von Temperaturänderungen im Öl. - Das Volumenstromregelventil
542 ist auf der Einlaßseite bzw. am Anfang des Kühlstromflusses angeordnet. - Das in der
9a dargestellte Stromregelventil642 kann anstelle des Ventils542 verwendet werden, wobei die Aufnahme für den Ventilkörper am Kolben entsprechend abgeändert werden muß, oder aber anstelle der Drossel bzw. Blende326a . Das Ventil642 besitzt ein Gehäuse643 , das einen Zylinderraum652 bildet für den Kolben646 . Die offene Seite des Gehäuses643 ist durch eine Scheibe650 , die eine Öffnung650a aufweist, teilweise verschlossen. Zwischen dem Gehäuseboden654 und dem Kolben646 ist eine kalibrierte Feder653 vorgesehen. Die Feder653 ist zumindest teilweise in einer axialen Vertiefung646a des Kolbens646 aufgenommen. Der Zylinderraum652 wird durch den Kolben646 in zwei Räume unterteilt, wobei der rechte Raum652a über die Öffnung650a mit Öl versorgt wird, das einen Druck aufweist, der dem Druck in der zweiten Kammer, welche zumindest das Pumpen- und Turbinenrad aufnimmt, entspricht. Der linke Raum652b wird über eine zwischen den beiden Räumen652a und652b vorgesehene Drosselöffnung bzw. Blende657 versorgt. Die Bohrung657 bzw. Blende657 dient als Meßblende zum Einstellen eines Druckgefälles ΔP zwischen den beiden Räumen652a und652b . In Reihe mit der Meßblende657 ist eine Regelblende658 geschaltet, die in Abhängigkeit des in der Kammer652a anstehenden Druckes den durch diese Regelblende658 abfließenden Volumenstrom an Öl einregelt. Dies wird dadurch erzielt, daß durch entsprechende Querschnittseinstellung an der Regelblende658 die Druckdifferrenz ΔP zwischen den beiden Räumen652a und652b auf einen bestimmten Wert eingestellt wird. Bei der Erfindung soll dieser Wert vorzugsweise konstant sein, so daß sich ein praktisch konstanter Volumenstrom ergibt. Die Regelblende658 ist durch im Gehäuse543 eingebrachte radiale Öffnungen648 gebildet, deren Durchflußquerschnitt durch axiale Verlagerung des Kolbens646 verändert werden kann. Nimmt der Druck in der Kammer652a zu, so wird der Kolben646 entgegen der Kraft der Feder653 nach links verschoben, wodurch der Durchflußquerschnitt der Öffnungen648 verkleinert wird. Dadurch wird wiederum der in der Kammer652b vorhandene Druck auf ein höheres Niveau gebracht, und es stellt sich wiederum zwischen den beiden Kammern652a und652b eine Druckdifferenz ein, die gewährleistet, daß durch die Öffnungen648 die gewünschte Ölmenge durchfließt. - Bei einer Ausführungsform gemäß
10 wird der Reibbelag722 von der Gehäuseschale704 getragen. In10 ist hierfür ein Trägerblech704a vorgesehen, das an der Gehäuseschale bzw. am Deckel704 befestigt ist, und zwar über Nietverbindungen760 . Die Nietverbindungen760 sind mittels aus dem Material des Gehäuses704 herausgebildeten Nietzapfen, welche in entsprechende Ausnehmungen des Bleches704a eingreifen, gebildet. Das Belagträgerbauteil704a ist radial nach außen hin in Richtung axial von der radialen Wandung709 des Deckels704 weg konisch aufgestellt, so daß ein ringförmiger, im Querschnitt keilartig ausgebildeter Zwischenraum761 gebildet ist. Im Zwischenraum761 ist ein Volumenstromventil742 aufgenommen, das von dem Bauteil704a getragen wird. Der Zwischenraum761 hat eine Verbindung mit der zweiten Kammer des Strömungswandlers bzw. ist Teil dieser zweiten Kammer. Das scheibenartige Belagträgerbauteil704a kann radial außen – über den Umfang betrachtet – zumindest stellenweise mit der radial äußeren Wandung des Gehäuses704 eine Verbindung besitzen, wodurch die axiale Steifigkeit des Bauteils704a vergrößert wird. Der Kolben717 der Überbrückungskupplung715 hat ebenfalls einen konisch aufgestellten Bereich730 , der eine Reibfläche bildet, welche mit dem Reibbelag722 in Eingriff bringbar ist. Bei geschlossener Überbrückungskupplung715 fließt ein definierter Kühlölstrom über das Ventil742 in die im Bereich des Belages722 vorhandenen Kanäle bzw. Nuten725 . - In
11 ist eine Konstruktion gezeigt, welche es ermöglicht, die einzelnen über den Umfang des Belages822 vorgesehenen Ölnuten bzw. Ölkanäle825 über ein einziges Ventil842 mit Öl zu versorgen. Hierfür ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf dem Kolben817 ein Bauteil in Form eines ringförmigen Deckels862 befestigt, wodurch zwischen diesem Deckel862 und dem Ringkolben817 eine sich über den Umfang erstreckende Kammer863 gebildet ist, die über Öffnungen826 mit den jeweiligen Öleinlaßenden der einzelnen Ölnuten825 in Verbindung steht. Je nach Anwendungsfall können auch mehrere Ventile842 vorgesehen werden, wobei jedoch die Anzahl der Ventile geringer sein kann als die Anzahl an einzelnen Ölnuten bzw. Ölkanälen825 . - Der erfindungsgemäße Gedanke gemäß
11 , nämlich mehrere Ölnuten bzw. Ölkanäle825 durch das gleiche Ventil842 zu versorgen, kann auch in besonders einfacher Weise bei einer Konstruktion gemäß1 Verwendung finden, und zwar indem im Bereich eines Durchlasses26 des Kolbens17 ein entsprechendes Ventil vorgesehen wird. Dadurch können über den ringförmigen Raum17a und über die Durchlässe26 im Bauteil24 alle Kanäle25 mit Öl versorgt werden. - Zweckmäßig ist es, wenn die Ventile
542 ,642 ,742 oder842 derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, daß der Einfluß der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft möglichst gering ist, wodurch die gewünschte Funktion gewährleistet wird. Dies kann durch Einsatz möglichst leichter Kolben und durch Anordnung der Bewegungsrichtung des Kolbens in Achsrichtung des Drehmomentwandlers gewährleistet werden. Durch letztere Maßnahme wird erzielt, daß keine Komponente der auf das entsprechende Ventil einwirkenden Zentrifugalkraft in Richtung der Ventilfeder wirkt. Die Kolben sollen möglichst klein ausgeführt werden und aus einem leichten Material, wie z.B. Kunststoff oder Aluminium hergestellt sein. Bei der Ausführungsform gemäß11 wird die Empfindlichkeit des Ventiles842 gegen Zentrifugalkrafteinwirkungen dadurch verringert, daß dieses Ventil842 zusätzlich auf einem relativ kleinen Radius angeordnet ist. - Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Mitteln, die den Kühlölstrom regulieren, wird erzielt, daß an der Wandlerüberbrückungskupplung ein Ölstrom eingestellt werden kann, der nicht proportional zur Wurzel aus der Druckdifferenz zwischen den beidseits des Kolbens anstehenden Drücken ist.
- Bei hydrodynamischen Strömungswandlern wie sie beispielsweise durch die
US 4,969,543 bekannt geworden sind, besteht der Nachteil, daß bei geschlossener Überbrückungskupplung der über diese abfliessende Volumenstrom sehr drehzahlabhängig ist, wobei der Volumenstrom mit zunehmender Drehzahl infolge der bereits erwähnten dynamischen, beziehungsweise kinetischen Vorgänge im Öl erheblich abnimmt. - Dieser für die Funktion des Strömungswandlers wesentliche Nachteil kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Führung des Volumenstromes radial nach innen, zumindest im wesentlichen vermieden werden. Für einen vorgegebenen, beziehungsweise gewünschten Systemdruck im Strömungswandler kann also durch eine Ausgestaltung gemäß der Erfindung ein geringerer Volumenstrom bei niedrigen Drehzahlen eingestellt und somit auch eine kleinere Pumpe eingesetzt werden.
- In
12 ist ein ringartiger Reibbelag922 teilweise dargestellt, welcher mäanderförmige bzw. zickzackförmige Nuten935 aufweist, die sich in Umfangsrichtung des Reibbelages922 erstrecken und eine ähnliche Konfiguration wie die Nuten435 gemäß den6 und7 besitzen. Die in radialer Richtung zickzack- bzw. schlangenlinienförmigen Nuten935 haben über ihre Länge betrachtet im wesentlichen die gleiche Breite und können in vorteilhafter Weise auch über ihre Längserstreckung zumindest im wesentlichen einen gleichen Durchflußquerschnitt für das Kühlöl bilden. Die Nuten935 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl radial zum Außenrand922a hin als auch radial zum Innenrand922b hin offen und nicht, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den6 und7 geschlossen. - Die in den Reibbelag bzw. Reibring
922 eingebrachten Nuten bzw. Kanäle935 können bei der Herstellung des Reibbelages eingebracht werden, also vor der Befestigung des Reibbelages auf einem Trägerbauteil, wie z.B. einem Ringkolben oder einer Lamelle. Die gemäß der Erfindung ausgebildeten Nuten bzw. Rillen oder Kanäle können jedoch auch während der Befestigung, z.B. durch Aufkleben, des Reibbelages auf ein Trägerbauteil oder nach einer solchen Befestigung in den Reibbelag eingebracht werden. Es kann also ganz allgemein der Reibbelag, z.B.922 , zunächst auf dem entsprechenden Ringkolben befestigt werden und während dieser Befestigung oder danach die Kanäle bzw. Nuten in den entsprechenden Reibring bzw. Reibbelag eingeprägt werden. - Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der eine radial innere oder radial äußere Umlenkung
946 der Kanäle935 tangierende Winkel, der in12 mit dem Bezugszeichen945 versehen ist, in der Größenordnung zwischen 120 und 30 Grad, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 45 und 70 Grad liegt. In12 beträgt der Winkel945 ca. 60 Grad. In vorteilhafter Weise können die einzelnen über den Umfang des Reibbelages922 verteilten Nuten935 derart bemessen sein, daß über die Länge der Nuten935 betrachtet zumindest eine im wesentlichen turbulente Strömung erfolgt. Dadurch kann eine bessere Wärmeübertragung auf das Kühlöl erzielt werden. Die turbulente Strömung wird gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung durch entsprechende Ausgestaltung der Umlenkbereiche946 entlang der Nuten935 erzielt. Aufgrund der mehrfachen Führung der Nuten935 über die radiale Breite des Reibbelages922 wird die durch das Kühlöl bewirkte Kühlung im Reibeingriffbereich der entsprechenden Kupplung ebenfalls positiv beeinflußt. Durch die erfindungs gemäße Führung der Nuten bzw. Kanäle kann eine entsprechend lange Kühlmittelführung im Reibeingriffbereich der Kupplung erzielt werden, wodurch ein guter Wärmeübergang auf das Kühlmedium erzielt werden kann. - Zur Erzielung einer turbulenten Strömung innerhalb der Nuten
935 muß bei der Bemessung derselben der zwischen der Einlaßseite939 und der Auslaßseite940 der Nuten935 anstehende Differenzdruck berücksichtigt werden. Bei Wandlerüberbrückungskupplungen entspricht dieser Differenzdruck dem Druckunterschied zwischen den beidseits des Kolbens der Wandlerüberbrückungskupplung vorgesehenen Kammern (18 und20 in1 ). - Zur Verbesserung der Kühlwirkung können im radial äußeren und/oder im radial inneren Randbereich taschenförmige Aussparungen oder Vertiefungen
947 ,948 eingebracht werden. Diese taschenförmigen Anformungen947 ,948 können in ähnlicher Weise, wie die Nuten935 , hergestellt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß12 sind die taschenförmigen Anformungen947 ,948 dreieckförmig ausgebildet. Diese Anformungen947 ,948 können jedoch auch eine andere Gestalt aufweisen, wie z.B. mondförmig oder halbkreisförmig. Weiterhin können die Anformungen947 ,948 , in bezug auf einen Radius949 und in Umfangsrichtung betrachtet, auch unsymmetrisch ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die taschenförmigen Anformungen947 ,948 – in Umfangsrichtung betrachtet – jeweils zwischen zwei benachbarten Umlenkungen946 vorgesehen. Bei rotierendem Reibbelag922 erfolgt in den Taschen947 ,948 eine Kühlmittelströmung, welche turbulent sein kann. Wie aus12 ersichtlich ist, überschneiden sich die taschenförmigen Anformungen947 ,948 und die Kanäle935 in radialer Richtung zumindest teilweise. Aufgrund der Ausbildung und Anordnung der Kühlnuten935 und der Kühltaschen947 ,948 besitzen die zwischen diesen Kühlvorkehrungen935 ,947 und948 verbleibenden Reibflächenanteile950 , ebenfalls eine zickzackförmige bzw. mäanderförmige Gestalt. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch Varianten, die insbesondere durch Kombination von einzelnen in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmalen bzw. Elementen sowie Funktionsweisen gebildet werden können. Weiterhin können einzelne in Verbindung mit den Figuren beschriebene Merkmale bzw. Funktionsweisen für sich alleine genommen eine selbständige Erfindung darstellen. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Ausgestaltung der Reibbeläge verwiesen, welche mit Kühlvorkehrungen, wie Nuten und/oder Taschen versehen sind. Weiterhin wird auf die Verwendung von Ventilen bzw. Drosseln oder Blenden zur Steuerung des Kühlmittelstroms verwiesen. Auch sollen die vorliegenden Erfindungen im Rahmen bzw. in Verbindung mit dem angeführten Stand der Technik betrachtet werden und dieser soll eine Ergänzung der vorliegenden Anmeldung darstellen.
- Die Anmelderin behält sich außerdem vor, noch weitere bisher nur in der Beschreibung offenbarte Merkmale von erfindungswesentlicher Bedeutung zu beanspruchen.
Claims (44)
- Hydrodynamischer Strömungswandler (
3 ) mit in einem Gehäuse (2 ) aufgenommenen Pumpenrad (7 ), Turbinenrad (10 ), Leitrad (12 ) und Überbrückungskupplung (15 ) mit Ringkolben (17 ), wobei beidseits des Ringkolbens (17 ) eine mit Öl befüllbare Kammer (14 ) gebildet ist, der Ringkolben (17 ) wenigstens eine Reibfläche (21 ) trägt, die mit einer Gegenreibfläche in Reibeingriff bringbar ist, wobei radial innerhalb der Reibflächen (21 ) zwischen dem Ringkolben (17 ) und einem die Gegenreibfläche tragenden Bauteil die erste der Kammern (18 ) gebildet ist, im radialen Bereich der Reibflächen in wenigstens einem der die Reibflächen tragenden oder bildenden Bauteile Kanäle (25 ) vorgesehen sind, die auch bei axialer Anlage der Reibflächen (21 ) einen Ölfluss von der zweiten der Kammern (20 ) über die Kanäle (25 ) radial nach innen in Richtung zur Drehachse (27 ) des Strömungswandlers (3 ) hin ermöglichen, der Ölfluss nach Verlassen der Kanäle (25 ) innerhalb wenigstens eines Führungskanals (18a ) radial nach innen geleitet wird, wobei die den Führungskanal (18a ) begrenzenden Bauteile bezüglich der infolge des Öldruckes auf sie einwirkenden Axialkräfte relativ zueinander derart axial abgestützt sind, dass ein in sich geschlossener Kraftfluss zwischen diesen Bauteilen vorhanden ist. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (18a ) von einem eine der Reibflächen (21 ) aufweisenden Bauteil getragen ist. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (25 ) einen Ölfluss von der zweiten Kammer (20 ) in die erste Kammer (18 ) ermöglichen. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Führungskanal (18a ) begrenzenden Wandungen relativ zueinander axial festgelegt sind. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der die eine Kammer bildenden Bauteile eine mit diesem axial feste radiale Ölführungswandung trägt, die mit radialen Bereichen des Bauteils wenigstens eine sich radial erstreckende, den Führungskanal (18a ) bildende Führungskammer begrenzt, in der der Ölstrom radial nach innen geleitet wird. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Führungskanal (18a ) begrenzenden Wandungen starr mit einem eine der Reibflächen (21 ) tragenden Bauteil verbunden sind. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (18 ) axial zwischen dem Ringkolben (17 ) und einer radialen Wandung des Gehäuses (2 ) gebildet ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (17 ) axial zwischen einer radialen Wandung des Gehäuses (2 ) und dem Turbinenrad (10 ) vorgesehen ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (18a ) vom Kolben (17 ) getragen wird. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölführungswandung vom Kolben (17 ) getragen wird. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölführungswandung in der ersten Kammer (18 ) aufgenommen ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölführungswandung auf der der einen Kammer abgewandten Seite des Ringkolbens (17 ) vorgesehen ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Kammer (20 ) wenigstens das Turbinenrad (10 ) und das Pumpenrad (7 ) aufgenommen sind. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (18 ) durch die Ölführungswandung in zwei axial benachbarte Räume unterteilt ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der die Reibflächen (21 ) tragenden Bauteile einen Reibbelag (22 ) aufweist. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (25 ) durch den Reibbelag (22 ) begrenzt sind. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (25 ) im Reibbelag (22 ) vorgesehen sind. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der Kanäle (25 ) radial weiter außen liegt als deren Auslass und die Kanäle (25 ) in einen Führungskanal (18a ) oder eine Führungskammer münden. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (18a ) sich wenigstens über 50% der radialen Ausdehnung der ersten Kammer (18 ) in Richtung zur Drehachse (27 ) des Strömungswandlers (3 ) hin erstreckt. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (25 ) durch Anprägungen (29 ) oder Ausschnitte wenigstens eines Reibbelages (22 ) gebildet sind. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassseite der Kanäle (25 ) mit einer im Ringkolben (17 ) und/oder in der Ölführungswandung vorgesehenen axialen Zuleitungsöffnung in Verbindung steht. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassseite der Kanäle (25 ) mit einem im Ringkolben (17 ) und/oder in der Ölführungswandung vorgesehenen axialen Durchlass in Verbindung steht, welcher in einen Führungskanal (18a ) mündet. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Reibbelag (22 ) zickzackförmige oder mäanderförmige Kanäle aufweist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassseite der Kanäle (25 ) im äußeren Randbereich des Reibbelages (22 ) und die Auslassseite im radial inneren Randbereich des Reibbelages (22 ) vorgesehen sind. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zickzackförmig oder mäanderförmig ausgebildeten Kanäle (25 ) in Umfangsrichtung des Reibbelages (22 ) verlaufen. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (25 ) wenigstens zwei Umlenkungen besitzen. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (17 ) den Reibbelag (22 ) trägt. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (22 ) aus mehreren sichelförmigen Reibsegmenten besteht. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Kanäle (25 ) fließende Ölvolumen über wenigstens ein Ventil (542 ) in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters des Strömungswandlers (3 ) und/oder der diesen antreibenden Maschine und/oder des vom Strömungswandler (3 ) angetriebenen Getriebes einstellbar ist. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (542 ) auf der Einlassseite oder der Auslassseite wenigstens eines Kanals (25 ) vorgesehen ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (25 ) durch in das Material wenigstens eines der die Reibflächen bildenden Bauteile, wie Ringkolben (17 ) und/oder Gehäuse (2 ), eingebrachte Anformungen gebildet sind. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (542 ) einen nahezu konstanten Volumenstrom über praktisch den gesamten Betriebsbereich des Strömungswandlers (3 ) erzeugt. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt des Ventils (542 ) in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern veränderbar ist. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern der Durchflussquerschnitt des Ventils (542 ) verkleinert wird. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (542 ) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es praktisch keine Abhängigkeit von der auf dieses einwirkenden Zentrifugalkraft aufweist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (542 ) eine Volumenstromkennung aufweist, die nicht proportional zur Wurzel der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern ist. - Hydrodynamischer Strömungswandler (
3 ) mit in einem Gehäuse (2 ) aufgenommenen Pumpenrad (7 ), Turbinenrad (10 ), Leitrad (12 ) und Überbrückungskupplung (15 ) mit Ringkolben (17 ), wobei beidseits des Ringkolbens (17 ) eine mit Öl befüllbare Kammer gebildet ist, der Ringkolben (17 ) wenigstens eine Reibfläche (21 ) trägt, die mit einer Gegenreibfläche in Reibeingriff bringbar ist, wobei radial innerhalb der Reibflächen zwischen dem Ringkolben (17 ) und einem die Gegenreibfläche tragenden Bauteil die erste der Kammern gebildet ist, im radialen Bereich der Reibflächen in wenigstens einem der die Reibflächen tragenden oder bildenden Bauteile Kanäle vorgesehen sind, die auch bei axialer Anlage der Reibflächen einen Ölfluss von der zweiten (20) der Kammern in die erste (18) ermöglichen, wobei in der ersten Kammer (18 ) eine radiale Wandung vorgesehen ist, die gegenüber einer der die erste Kammer (18 ) begrenzenden radialen Wandungen axial festgelegt ist, wobei der Ölfluss radial nach innen zwischen den beiden relativ zueinander axial festgelegten Wandungen geleitet wird. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Kammer (18 ) ausgenommene Wandung gegenüber dem Gehäuse (2 ) axial festgelegt ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung über die Turbinennabe axial festgelegt ist. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Dicke des Reibbelages (22 ) und der durchschnittlichen Tiefe von Nuten (25 ) in der Größenordnung zwischen 2,7 und 1,3 liegt. - Strömungswandler (
3 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nuten (25 ) in der Größenordnung zwischen 0,2 und 0,8 mm liegt. - Strömungswandler (
3 ) nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nuten (25 ) in der Größenordnung zwischen 0,3 und 0,6 mm liegt. - Strömungswandler (
3 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (25 ) derart ausgebildet sind, dass über ihre Länge betrachtet und für die während des Fahrbetriebes eines mit dem Strömungswandler (3 ) ausgerüsteten Fahrzeugs auftretenden Drücke auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Nuten (25 ) im wesentlichen eine turbulente Strömung vorhanden ist. - Strömungswandler (
3 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (25 ) in dem Reibbelag (22 ) in Umfangsrichtung zickzackförmig oder mäanderförmig verlaufen und über ihre Länge betrachtet, einen gleichbleibenden Durchflussquerschnitt aufweisen.
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